（载运工具运用工程专业论文）基于imo规则的木材船安全装运研究.pdf

中文摘要 摘要 我国木材需求量的快速增长，给我国木材航运市场提供了一个很好的机遇。 在运输木材的过程中，船东或租船人为了追求经济效益，通常木材运输船都尽可能 在甲板上多装货，此类装载状况下的船舶稳性大多不足，为木材船的运输安全带来 了隐患。木材船甲板货物积载，造成船舶水线面以上面积大，受风的影响对稳性 的改变不能忽视。为了保障运输的安全，针对木材船的特殊性，i m o 对木材船的 稳性衡准提出了和普通货船不同的要求。我国及其他国家如日本、加拿大在i m o 的决议基础上，对i m o 的提议提出了自己的补充修正方案。基于此，如何快速直 观的判断木材船是否满足各项稳性要求成为我们要研究的问题。 本文以船舶静力学和i m o 船舶稳性准则为主要依据，对更能直观反映木材船 稳性的许用重心高度在各项稳性衡准要求下的核算方法进行了探讨，并用程序实 现了如何直观方便判断木材船是否满足各项稳性要求。 本文首先介绍了我国木材船运输的现状，对木材船装载的特点、船舶结构、 装载能力的确定以及木材甲板货的堆装系固进行了阐述。其次在木材船大倾角状 态下，对甲板木材的渗透率进行了计算，并说明了甲板木材浮力对静稳性曲线的 影响，阐明了木材船不同装载状态下如何进行稳性调整。然后根据i m o 对木材船 的稳性要求，提出了快速准确核算木材船许用重心高度的思路和方法。最后，以 v i s u a lb a s i c6 0 为平台，编程对t a i b a i h a i 轮在装载木材和原木情况下的实际营 运过程中的可行性进行了验证。 关键字：木材船；许用重心高度；船舶稳性；稳性衡准 英文摘要 s t u d y o i lt h es a f e t yo ft r a n s p o r t a t i o nf o rt i m b e rc a r r i e r b a s e do ni m or u l e s a b s t r a c t t h ef a s ti n c r e a s ei nt i m b e rd e m a n do fo u rc o u n t r yp r o v i d e sav e r yg o o d o p p o r t u n i t yt ot h et i m b e rs h i p p i n gm a r k e t i nt h ep r o c e s so ft i m b e rt r a n s p o r t a t i o n ，t h e s h i p o w n e r so rc h a r t e r so ft i m b e rv e s s e l sa l w a y st r yt h e i rb e s tt ol o a dm o r ec a r g oo n b o a r d ，w h i c hb r i n g sh i d d e nd a n g e rf o rt h es a f e t yo ft i m b e rt r a n s p o r t a t i o nf o rt h e s t a b i l i t yo ft h o s ev e s s e l sa x em o s t l yi n s u f f i c i e n t b e c a m et h es t o w a g eo fd e c kc a r g oo n t i m b e rs h i p ，t h ea r e aa b o v ew a t e r p l a n e i sv e r yb i g , t h ec h a n g eo f s t a b i l i t yc a u s e db yt h e e f f e c to fw i n dc a nn o tb en e g l e c t e d i no r d e rt os a f e g u a r dt h es e c u r i t yo ft h e t r a n s p o r t a t i o n , i m ob r i n gf o r w a r dd i f f e r e n tr e q u e s t sf o rt i m b e rv e s s e lo ns t a b i l i t y c r i t e r i o nc o n s i d e r i n gt h ep a r t i c u l a r i t yo ft i m b e rv e s s e l s o u rc o u n t r ya n ds o m eo t h e r c o u n t r yl i k ej a p a n ，c a n a d ap u tf o r w a r dt h e i ro w nc o m p l e m e n t a r ya m e n d i n gp l a nt ot h e i m o p r o p o s i t i o no nt h ef o u n d a t i o no f t h ei m o r e s o l u t i o n s ot h i st h e s i sf o c u s e so nh o w t og i v eq u i c kj u d g m e n to f t h es t a b i l i t yo f t i m b e rv e s s e l s a c c o r d i n gt o t h es h i p ss t a t i c sa n ds t a b i l i t yc r i t e r i o n ，t h i sa r t i c l ed i s c u s s e st h e c a l c u l a t i o nm e t h o do f p e r m i t t i n gh e i g h to f b a r y c e n t e ru n d e rd i f f e r o a ts t a b i l i t yc r i t e r i o n r e q u e s t ，w h i c hc a nr e f l e c tt h es t a b i l i t yo ft i m b e rv e s s e l sm o r ei n t u i t i v e l y b e s i d e s ，t h i s t h e s i sa l s or e a l i z e st h ea u t o m a t i cj u d g m e n tb yp r o g r a m m i n gt h a ti fat i m b e rs h i pc a l l s a t i s f i e se a c hs t a b i l i t yr e q u e s t t h i sa r t i c l ef a - s t l yi n t r o d u c e st h ep r e s c n ts i t u a t i o no f t i m b e rv e s s e lt r a n s p o r t a t i o n , e x p a t i a t e st h e l o a d i n gc h a r a c t e r i s t i c ，t h es t r u c t u r e ，t h ed e t e r m i n a t i o no fl o a d i n gc a p 日c i 饥t h es t o w a g ea n d e o l l i g a t i o no f t i n l b c rv e s s e l s e c o n d l y , t h i st h e s i sc a l c u l a t e st h ep e n e t r a t i o nc o e f f i c i e n to f t i m b e ro n b o a r du n d e rg r e a ti n c l i n a t i o na n g l ec o n d i t i o n ，a n de x p l a i n st h ei n f l u e n c et om e t a c e n t r i es t a b i l i t yo f t h eb u o y a n c yo ft h et i m b e ro nb o a r d ，l l l u n u n a t e sh o wt oa d j u s tt h es t a b i l i t yo ft i m b e rs h i pu n d e r d i f f e r e n tl o a d i n gc o n d i t i o n s t h e n ，a c c o r d i n gt ot h ei m o s t a b i l i t yr e q u e s t so f t i m b e rs h i pt h i sa m c l e a d v a n c e saw a yt oe x a m i n ea n dc a l c u l a t et h ep e r n n r i n gh e i g h to f b a r y c e n t e ro f t i m b e rs h i p f i n a l l y ， t a k e i n gv i s u a lb a s i c6 0a st h ed e v e l o p i n gp l a t f o r m ，t h i st h e s i sp r o g r a m st ov e r i f i e st h ef e a s i b i l i t yo f v e s s e lt a i b a i h a iu n d e rt h ee o n d i t t o no f c a r r y i n gu m b e ra n dl o g k e yw o r d s ：l u m b e rc a r r i e r ；p e r m i t t i n gh e i g h to fb a r y c e n t e r ；s h i ps t a b i l i t y ； s t a b i l i t ye l i t e r i o u 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博士硕士学位论文：圣王墅4 q 趣型丝盔挝丛塞全苤运婴窒：。除论文中已 经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发 表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：习孓碍知刁年；月z ，尹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密日7 ( 请在以上方框内打“”) 论文作者签碡5 鸳导师魏删1 礞 日期：沙叩年；月驷 基于i m o 规则的小材船安全装运之研究 第1 章绪论 1 1 木材船运输综述 我国己成为世界上木材资源消耗最多的国家之一。近2 0 年来，我国木材、林 产品进口逐年上升，1 9 9 8 年国内天然林资源保护工程的实旌，带动了近年木材资 源进口的快速增长，给我国的木材航运市场提供了一个很好的机遇，进而对木材 船的安全性能提出了更高的要求。 1 1 1 我国木材供需现状及海运市场分析 我国有森林面积1 7 4 9 亿公顷，森林覆盖率1 8 2 1 ，森林蓄积1 2 4 5 6 亿立方米， 其中用材林蓄积5 5 1 亿立方米。仅次于俄罗斯，巴西，加拿大，美国，居世界第 五位。但我国地大人多，土地面积占世界总量的7 ，人口占世界总量的2 2 。而森 林面积仅占世界4 ，林木蓄积不足世界总量的3 。人均森林面积为世界平均水平 的2 2 ，列世界第1 3 4 位，人均森林蓄积量仅为世界平均水平的1 4 6 ，列世界的1 2 2 位。中国实施随着经济的发展和人民生活水平的提高，人造板、纸浆、纸及纸板 消费量已居世界第二位，原木消费量己居世界第三位。资料显示，我国每年木材 总需求量约2 6 亿至2 8 亿立方米，实际可能供给量约为1 4 2 亿立方米，扣除薪材 后，商品材年均缺口总量在3 3 0 0 万至4 3 0 0 万立方米之间f 4 i 】。 1 9 9 8 年国家开始实行天然林保护工程，对国内森林采取逐年减伐措施，膨胀 的需求和紧缩的供给使国内木材市场出现较大的供应缺口。我国近几年的进口木 材与国内供给关系见下表f 删： 表1 1 进口木材占供给比例 t a b 1 1t h e p r o p o r t i o n o f i m p o r t t i m b e r t os u p p l i e s 大量进口木材给我国航运市场提供了一个很好的机遇。2 0 0 2 年我国原木海运 量为1 1 2 4 万立方米，占4 6 2 。其中西非材约2 5 0 万方年，东南亚3 0 0 万方年，澳 洲约2 0 0 万方年，俄罗斯2 4 2 万方年，其他美国、加拿大、巴西、欧洲、圭亚那 第1 章绪论 等进口的木材量约2 0 0 万立方米年。原木的海运份额，但绝对数量大。目前我国 原木进口量已占世界原木进口量的7 4 7 ，成为仅次于日本的世界第二大原木进口 国。这是一个相当有吸引力的专业运输市场。 我国原木进口的航线有四条，西非中国、澳洲中国、东南亚中国以及俄罗 斯远东中国，这些航线主要依靠较为专业化的原木船承运。 1 1 2 木材的比重、计量单位和积载因数 n 比重 运输中的木材比重与干木材比重是不同的。干木材( 含水率1 5 ) 的比重在有关 手册上可以查到，如东北红松为0 4 4 t m 3 ，落叶衫为0 6 t m 3 左右，北美太平洋沿 岸木材为0 6 4 6 0 6 8 9 t m 3 ，菲律宾柳安木为0 8 6 1 1 0 7 6 t m 3 ，在运输过程当中 会由于木材的吸水而使得其密度大大增加。但是，在实际的运输中，一般很少有 装运干燥木材的，特别是原木的运输，很多都是刚刚砍伐不久的木材。从马来西 亚装运的原木的比重一般为0 8 - 0 8 6 t m 3 。刚刚砍伐不久的木材和砍伐后的原木， 除北美州有去皮加工外，不另加工，比重除极少数比水重外，绝大部分比水轻。 每根原木大小不同，长短也异，有的长达2 0 m ，重量l o t 以上。除新西兰外，北美 的原木每票货长短不一，每根大小相差悬殊，装载困难，亏舱也大。 2 1 计量单位 木材中高档硬木按重量计算，一般的硬木和软木按体积计算。国内原木的尺 码检验计重包括原木的长级和径级的检验计量。在检验计量原木长级时，如果原 木截面下锯偏、斜时，应按最小长度为准。原木的实际长度如大于标准规定的长 度而又不足较大一级的规定尺寸时，其多余部分不计。国家规定直接使用原木的 长级进位：长不超过5 m 的，按0 2 m 进位，公差为+ 一5 c m ；长超过5 m 的，按o 5 m 进位。 公差+ 一l o c m 原木的径级以小头通过断面中心的最小直径为检尺径( 带皮者去掉其 皮厚部分) ，以2 c m 为一个增进单位，不足2 c m 时，满l c m 者进位，不足l c m 者舍去。 也可按表查算。原木运输按实际体积每立方米作1 0 2 7 计费吨确定。对于进口木材， 每个国家对木材的计量方法、使用单位不一样，如北欧、前苏联用立方米；美国、 加拿大出口原木用的是s c r i b e rm e a s u r e m e n ts c a l e ，即s c r i b e r 方式。新西兰向 基于i m o 规则的木材船安全装运之研究 日本出口原木的计算单位是j a s ( j a p a n e s ea g r i c u l t u r es t a n d a r d ) 。非洲国家用 的霍普斯尺，东南亚国家和澳大利亚、新西兰有用霍普斯尺，也有用板尺或立方 米的。相同板尺数的两种原木，其整体容积是不同的，重量也相差很大。各国木 材体积单位的换算关系：l b o a r df t = o 0 8 3 3 3 3 ( c u f t ) = o 0 2 3 5 9 m 3 。 3 ) 积载因数 承运原木对船舶而言有两个积载因数，即容积积载因数和重量积载因数。容 积积载因数和树皮厚度，圆木直径，长度，两端直径差等有关，这只能由岸方 提供，实际上也是参考数字。对船方来说，提供一个可据参考的容积积载因数， 大体上是可以基本满足积载要求的。 重量积载因数与树的种类、浸水时间、装载季节、堆放( 贮存) 地点等有关。 虽然岸方亦可提供经验数字，但准确的数据却必须经计算得出，因为这是计算和 核查稳性、确定装量等工作的基础和依据。所以岸方提供的积载因数只能作为参 考，相对准确的数据必须由自己得出。木材的积载因数较一般散货大得多，且各 种木材的积载因数变化范围也很大，木材甲板货的积载因数通常比舱内的木材积 载因数小。如原木在舱室的积载因数约在2 1 3 o m 3 t ，甲板约在1 5 2 0 m 3 t 。 但是，在实际运输原木的过程中，货主不直接告诉承运人积载因数，而是告诉其 原木的根数和体积。成材因堆放整齐，紧密，但一般比较干燥，所以成材的积载 因数也可能比原木还要大一些。 装运木材时，亏舱体积很多在1 0 4 0 之间，通常时满舱不满载，在运原木时， 亏舱多大于4 0 ，由于其亏舱很大，再加上本身的舱室很少，这就更增加了船舶破 舱进水的危险程度。为了减少亏舱，增加船舶的安全性能，监装就显得十分重要。 1 1 3 木材船的特征 现代木材船大多是低速尾机型，单甲板有首楼，舱室很少，多为2 3 个。由 于木材积载因数较一般散货大的多，因此有较大的舱容，货舱结构型式多为箱型， 在每个货舱内的骨架为同一高度，而且舱内强肋骨，管路突出部分少。运木船的 货舱长度大致约为船长的6 5 7 2 左右，货舱舱容与主尺度的统计关系为： v = 0 5 5 l b d ( 1 1 ) 第l 章绪论 为了增加货舱的有效容积，同时考虑满舱时船舶重心高， 甲板上堆木后受 风面积增大，风压中心升高及甲板木材结冰对稳性的影响，运木船的相对船宽较 大。2 0 0 0 0 t 以上的运木船载重量与船宽之间统计关系为： b = o 0 0 0 2 9 1d w + 1 6 5 ( d w 2 0 0 0 0 t ) ( 1 2 ) 2 0 0 0 0 t 以下中小型运木船b 与d w 关系式为： b = 0 8 2 5 d w l 3 + 2 ( d w 2 0 0 0 0 r ) ( 1 4 ) d = 8 5 6 + 0 0 0 0 1 9 1 d w ( d w 2 0 0 0 0 r ) ( 1 5 ) 为了便于装卸，提高工作效率，一般都有很大的甲板开口，同时起货设备能 力达，运木船起货设备的起重量一般为2 0 2 5 t ，1 9 7 4 年加拿大建造的“海达君主” 号( h a i d am o n a r c h ) ，装有5 0 t 全旋起货机两台，装船率达1 0 0 0 t h ，卸货时控制连 通式压载水舱，利用船的横倾滚卸木材达到快速装卸货的目的。由于甲板上要堆 装木材，一般约占总载货量的1 3 ，因此甲板，舱口盖，舷墙，缚固木材的力柱都 得到了加强，为了保证船舶的稳性，它还有足够的压载水舱。 综上所述，由于木材货的特性，决定了运木船与一般散货船有许多不同之处， 这些不同之处正是运木船的特殊性【1 】o 1 1 4 装运木材的相关规则 关于木材运输，国际海事组织于1 9 7 4 年制定了船舶装运木材甲板货物的安 全操作规则( c o d eo fs a f ep r a c t i c ef o rs h i p sc a r r y i n gt i m b e rd e c kc a r g o e s ) ， 在1 9 9 1 年第a 7 1 4 ( 1 7 ) 号决议上提出了甲板下积载原木的一般指南。a 7 t 5 ( 1 7 ) 号决议：( 1 9 9 1 年木材甲板货运输船的安全操作规则其后多次修改，形成了比较 4 基十i m o 规则的木材船安全装运之研究 完善的安全操作规则及1 9 9 6 年国际船舶载重线公约。这个规则对稳性、积载、 系固、船员的保护安全措施和航行当中应该采取的措施都作了非常详细的规定， 在附录里面还提出了一些舱内和一般的积载建议，提出了一些指导性意见和稳性 曲线的计算。我国海船法定技术检验规则等文献也对船舶甲板载运木材货物 作了若干规定。 此外，其他国家如加拿大，日本等也在i m o 决议的基础上对i m o 的提议提出了 自己的补充修正方案。 1 2 论文的研究目的和意义 尽管国际船级协会( i a c s ) 的主要成员国和国际海事组织( i m o ) 己经采取了很 多措施，如引入更加严格的船舶安全系统和制定相应公约和规则以保证船舶的安 全( 如i s mc o d e ) ，排除不合格的船员( 如s t c w 9 5 ) ，但根据日本船级社的统计， 每年仍有相当数量的小型货船发生事故使得船员丧生和船舶损失，特别是运木船 的沉没。 根据c l a s sn k 的统计，运木船事故发生的原因主要为以下几种： 1 ) g m 值不当。首先，对于船东或货主来说，总希望货物装载量越大越好， 在此情况下，不能保证船舶具有足够的稳性。其次，船东将部分杂货船投入原 木运输，这些船无正式的木材载重线标志，难以保证适当的g m 值。 2 ) 边船壳板的破裂； 3 ) 上甲板易于断裂； 4 ) 系固不当。甲板上原木系固设备不良即系固不牢而导致原木移动。 5 ) 甲板上超高装载，对甲板木材因水湿增重及油水消耗估计不足而导致稳 性力矩不足。 6 ) 恶劣海况中操船措施不当，致船倾覆。 由上可以看出，木材船不符合i m o 规则的装运方法以及木材船不适当的稳性 高度是导致木材船事故发生的主要原因。如何在符合i m o 规则的要求下来保证木 材船的运输安全就成为航运界关心的主要问题。 第1 章绪论 1 3 论文的主要工作 本文的主要工作如下： ( 1 ) 根据i m o 及c c s 对木材船装运的相关规则，确定木材船最大装货量。具体 为：确定舱内装货量、木材的密度和平均积载因数；在载重线和限制吃水的情况 下确定甲板货最大载重量；在甲板强度限制条件下甲板货物的最大堆高；在甲板 视线限制下的货物堆高；甲板积冰所增加的重量；甲板货最大堆高条件下的木材 装载量。 ( 2 ) 运用船舶静力学原理对木材船的大倾角稳性进行了研究，用变排水量法 计算静稳性曲线的基本原理，计算出甲板木材入水对木材船稳性的影响。并给出 了木材甲板货渗透率的具体算法。 ( 3 ) 对木材船在不同装载状态下队船舶的稳性进行调整。通过压载水的调整 和减少甲板木材的装货量来使船舶有适当的稳性。 ( 4 ) 在i m o 稳性衡准指标学习的基础上，对满足i m o 稳性衡准的许用重心高度 的求取原理进行了具体推导。 ( 5 ) 建立了求取满足木材船稳性衡准各项指标的许用重心高度的数学模型， 从而获得了用计算机解决问题的途径。 ( 6 ) 以t a i b a i h a i 轮为实例，在其装载原木和木材的情况下，对现有的船舶 资料进行了处理和分析，并对获得的数据进行数字化转化。以可视化编程语言 v i s u a lb a s i c 6 o 以及数据库开发工具a c c e s s ，实现了在i m o 稳性衡准的要求下， 各项许用重心高度的计算机求取。为船员及相关人员提供一种快速直观的许用重 心高度核算方法，保证木材船运输安全。 6 基于i m o 规则的未材船安全装运之研究 第2 章木材船装载能力的确定 船舶装载能力是指船舶在具体航次中所能承担运输货物的品种和数量，即船 舶装载货类的可能条件和数量的最大限额。船舶装载能力的内包括载重能力、容 量能力和其他装载能力。 船舶的装载能力在载重、容量及其装载性能等三方面都要受到很多因素的制 约。对于木材船来说，除了船舶允许的货物装载量，即在具体的航次中不得超过 海区限定的吃水或航线吃水受限制时的装载量，还要考虑甲板货结冰和甲板货吸 水增加的重量。此外，甲板货高度还受到了望视线的限制和甲板强度的限制，在 考虑这些因素后还要进行稳性和强度的计算来最终确定载货量。 2 1 木材船载重线 木材船系指可在于舷甲板( f r e eb o a r dd e c k ) 或上层建筑的露天部分载运木材 ( 纸浆和类似货物除外) 的货船。 对于同一船舶来说，不勘划木材载重线同样可以载运木材甲板货物，但这时 必须应用一般载重线而不能应用木材载重线。由于其木材最小千舷一般高于相应 的其他干舷，所以不勘划木材载重线而载运木材对承运人会造成经济损失1 1 。 2 2 总载重量和；争载重量的确定 为了确定木材船的装载量，首先应计算船舶的净载重量。这就要根据航航线 的具体情况来确定本航次最大允许吃水。根据船舶的最大允许吃水，确定本航次 的总载重量：扣除船舶内的油、水、航次备品、船舶常数，求出本航次的最大净载 重量。 船舶的总载重量可以按下述两种情况分别确定。 2 2 1 当航线( 港口及航道) 水深对船舶吃水有限制 即船舶的满载吃水大于航线的限制吃水时，可根据航线最浅出的水深及其他 一些影响因素( 如潮汐、燃料、淡水消耗、舷外水的密度对船舶吃水的影响及富 裕深度等) 来确定船舶的装载水尺，然后根据装载水尺可查得船舶的总载重量【。 船舶的装载吃水可按下式求得： 第2 章木材船装载能力的确定 d = d d + hd + 6 ds + 6 d p d 。 ( 2 1 ) 式中：见航道最浅出的基准水深( m ) ； 吼过浅水时可利用的潮高( m ) ； 砌。由始发港到航道最浅处船舶燃料，淡水等消耗对船舶吃水的影响值 ( n 1 ) ； 甜。航道最浅处水的密度对船舶装载水吃的影响值( m ) ； 见浅水处应留的富裕水深( m ) ，此值与船舶吨位大小，航速的高低，航 道的底质及船上所装运货物的性质有关。一般我国国内航线富裕深度可取0 5 - 0 7 m o 2 2 2 当航线水深对船舶吃水无限制时 应该根据本航次船舶航行经过的海区几所处的季节期，从载重线海图中 查的该船应使用的载重线或装载吃水，此可以查得船舶的总载重量，以作为计算 净载重量的基础。以南太平洋群岛为例，查阅载重线海图可获知，因南太平 洋群岛属热带区带，而菲律宾以东北纬1 0 度北则是夏季区带，故从南太平洋群岛 载运木材返中国、日本、韩国等地，属于船舶较高载重线的海区驶往较低载重线 海区，且在高载重线航程段的燃料，淡水的消耗量一般均小于高低载重线确定的 排水量之差，故保证整个航程满足载重线要求的排水量应为：。+ j q ，其中a g 为高载重线航段的油水消耗量之和，。为低载重线时的排水量。 2 3 木材船最大装货量的确定 近几年来，我国有许多木材船去南太平洋群岛，如巴布亚新几内亚、所罗门 群岛等地装运木材。由于当地航运技术落后，一般货点均无正规的装卸公司，发 货人除能提供拟装木材的密度亏舱率等均一无所知。尤其当货源充足时，对甲板 上木材究竟能堆积多高无法把握，致使有些船舶简单地使用甲板高度限定法，即 甲板上木材装载至某一高度就停装。这样当装载密度较大木材时，有可能使甲板 基于i m o 规则的术材船安全装运之研究 负荷和船舶稳性得不到保证而影响安全。装载密度较小的木材时，势必达不到装 载最大值的要求，使租家、船东的利益受到损害。 当拟装木材的密度和积载因数等货运资料不全的情况下，船舶应在求取舱内 装货量的基础上得到船舶装载最大量。 2 3 1 确定舱内装货量、木材的密度和平均积载因数 控制装货进度，保证各舱内木材同时积载完毕，然后进行水尺计量工作，测 算出舱内所装木材的密度和平均积载因数，以利于船舶对拟装木材的基本货运属 性有较全面的了解。 在各舱内货物全部装载完毕后，通过水尺计重使计量尽量准确，应注意尽可 能增大吃水观测精度，减少油水测量误差，并进行必要的垂线修正、拱垂修正、 纵倾修正和港水密度修正。尤其是老龄船往往拱( 垂) 值较大，江海交汇处海水密 度变化较快等情况应引起高度重视2 1 。 在确定舱内装载量的基础上，可确定舱内积载木材的密度p 和平均积载因数 s f o 设舱内积载木材的重量阡0 ，由发货人处获取舱内积载木材的体积，则： p = 另外，设货舱容积为，则舱内木材( 包括亏舱) 的积载因数瓯，为 则舱内木材的亏舱率c 0 为 s f l = y c | w h 2 警姆o o 于是，舱内木材的舱容利用率嘲 函r ：丘l o o 9 ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) 第2 章木材船效裁能力的确定 2 3 2 载重线限制吃水确定的甲板货最大载重量( h l 。) 甲板货的最大装货量应为船舶最大装货量减去舱内的装货量。但甲板货的最 大装货量受到甲板空间、舱盖负荷、了望视线、甲板货吸水和结冰等因素限制。 而由载重线限制吃水确定的甲板货最大载重量时，船舶最大吃水受船舶航线中诸 多因素限制，如潮汐、燃料、淡水消耗、舷外水的密度对船舶吃水的影响及富裕 深度等。这些因素限制了船舶的最大装货量也就限制了甲板货的装载量。另外根 据1 9 6 6 年载重线公约的要求，在冬季海区甲板上木材装载高度不超过甲板宽度的 i 3 。 2 3 3 甲板强度限制条件下甲板货物的最大堆高( h l 。) 根据测算出的木材密度和船舶资料上提供的舱盖、甲板单位面积负荷，可求 得能保证甲板舱盖局部强度的甲板上木材最大堆积高度【3 l o 1 ) 甲板舱盖允许负荷的确定 设舱盖甲板单位面积允许负荷为b ，其数据可以由船舶资料获得，但当船龄 较大的船舶，甲板舱盖因锈蚀而使强度有所降低，因而需适当折减。于是，拟装 木材单位面积负荷b 的计算： 日= 以。脚x c u r e = x 1 1 垛x 1 i c u r 舱= 1 2 1 如职x c u r 舱 ( 2 6 ) 2 ) 甲板木材通常堆高的确定 假设整船木材的密度与舱内积载的木材的密度相同，并考虑甲板上的容积有 效利用率略高于舱内舱容利用率，实践工作当中可由船舶掌握，一般可以增力b 1 0 ， 则甲板强度限制下的木材最大的堆高为： 日，：土 1 1 见 ( 2 7 ) 3 ) 甲板木材吸水后木材最大的堆高的确定 关于甲板货吸水，i m 0 和c c s 规定为：应假定木材甲板货的重量由于吸水而增 j h 1 0 ，重心取为甲板货物的重心。在甲板木材通常堆高的确定的基础上，考虑甲 i o 基于i m o 规则的术材船安争装运之研究 板木材吸水后重量增自n l o ，则木材最大的堆高为 日：j l 1 2 l p l ( 2 8 ) 2 3 4 甲板视线限制下的货物堆高的确定( 日，) 了望视线受货物堆高、驾驶台离水面高度、吃水差等因素的影响。设船舶了 望者的位置在驾驶台，若驾驶台离水面越高则了望视线越好，受甲板货物堆高的 影响越小。在堆高一定的情况下，尾倾越大对了望视线影响越大，所以应根据船 舶不同的吃水差确定甲板货物最大堆高以保证了望视线不受影响。甲板货物的堆 高越高了望视线受影响越大。 为保证不妨碍驾驶台的了望并保持木材的合理系固，甲板货表面应尽量水平 并限制其装载高度。另外，任何船首部装载型面不对迎头浪形成突肩。 2 3 5 甲板积冰所增加的重量 甲板货必须预留出可能增加的结冰重量。这种甲板上结冰的情况时常发生， 大约为2 到1 0 9 6 的甲板货重，在高纬度冬天将达到1 2 到2 0 。对此i m o 、c c s 均对 甲板货结冰情况作了规定【1 1 1 。 i m o 规定当载运木材甲板货并预料会发生结冰情况时，则应计入抵港情况下的 额外重量。木材甲板货外表面的结冰按实际情况增加，无实际结冰资料时按一般 货船结冰量的3 倍计算，结冰重心取在甲板货物的上表面上。另外，燃料消耗将使 液舱产生自由液面并且船舶底部重量减小，均使船舶稳性减小，综合影响的最不 利值可取在航程的3 4 至1 j 4 5 处。 c c s 规定在冰区或会使船舶结冰的区域中航行时，船舶可根据下述原则计算结 冰量： 1 ) 最前面的上层建筑( 不包括首楼) 或甲板室的前端壁以前范围或首部三分之 一设计水线长度范围内的露天甲板和步桥的水平投影面积，取大者，结冰重量取 1 5 k g m 2 ，其后面的面积取5 k g m 2 ，甲板机械、设备及舱口盖等包括在露天甲板水 平投影面积内，不另行计算： 2 ) 首部三分之一设计水线长度内，实际水线以上的船壳，上层建筑、甲板货 第2 章术材船装载能力的确定 的两舷侧投影面积，结冰重量取1 0 k g m 2 ；最前面的上层建筑( 不包括首楼) 或甲板 室的前端壁正投影面积，结冰重量取7 5 k g m 2 。 3 ) 最| i 面的上层建筑( 不包括首楼) 或甲板室的前端壁以前范围或首部三分之 一水线长度范围内( 取最大者) 的桅杆、吊杆、起重柱及通风筒等，结冰重量取 2 0 k g m ，旗杆、栏杆、索具及天线等的结冰重量取5 k g m 2 。 救生艇及吊艇的水平投影面积，结冰重量取5 k g m 2 。 上述结冰的竖向范围，均自实际水线向上至1 0 m 高度为止。 对冬季航行于青岛( 北纬3 6 。0 4 ) 以北的国内沿海船舶，应按上述结冰量校核其稳 性。结冰重量应作为超额载重量计算。 对航经北纬6 6 。3 0 以南，南纬6 0 。以北冬季季节区域的无限航区船舶，结冰 量应按上述数量计算，但将“首部三分之一设计水线长度”结冰范围扩大为“首 部二分之一水线设计长度”，并取消对1 0 m 高度的限制。 对航经北纬6 6 。3 0 以北，南纬6 0 。以南冬季季节区域的船舶，结冰量应按扩 大的范围计算，并且数量应加倍。 2 3 6 甲板货最大堆高条件下的木材装载量 在确定甲板货受甲板空间、舱盖负荷、了望视线、木材吸水等因素限制的货 物堆高后，按如下步骤求甲板最大堆高条件下的木材装载量： 1 ) 在确定甲板货受舱盖负荷、了望视线、船舶稳性( h l ，) 船舶吃水限制等 因素限制的货物堆高后，取最小值。 h t = m i n g 1 ，吼2 ，h l 3 ，h “) 2 ) 由甲板货的堆高查甲板舱容表得到相应的甲板货体积。 3 ) 求出最大装货重量。 根据公式 乓= s f 甲 ( 2 8 ) 求出甲板木材重量，则船舶最大装货重量为 基于i m o 规则的本材船安全装运之研究 吃= + 局扳 2 4 木材甲板货物的堆装及系固 ( 2 9 ) 2 4 1 木材甲板货的堆装 在甲板或舱盖上开始装木材之前，应将甲板或舱盖的堆装面弄平整、稳定。所 使用的铺垫料应使负荷通过其跨过甲板下的梁材均布开去，同时不要妨碍甲板上浪 后的排水。 由于木材甲板货物的绑扎一般均采用横向，因此，木材在甲板上的堆放一般应 采用纵向，即沿船首、尾方向堆放。根据经验，如果在舱盖上堆装件材可以在非临近 的一、二层采用横向堆放。同样，如果在舱盖两侧，木材甲板货物的堆装高度超过舱 盖高度，也可在超过舱盖高度堆装的件材中采取这种上下纵横压码堆放的方法，这 样可在件材之间产生一个整体相互拉力，增加货堆的稳定。 如果所要装运的加工件材的长度差异很大( 可能会在1 5 m 8 m 之间) ，则最长 的件材应放在船舶两舷外档，沿船首、尾方向堆放，短件则应堆放在货堆的中间部位， 也采用沿船首、尾方向堆放。如果短件材的两端都比较平整，居中横向堆放也可以。 在装货时，应加强监督，要求每件木材之间尽可能地堆装紧密。在整个装货期间， 每装完一层木材，都应使其表面尽量堆装平整、稳实。如果需要使用衬垫材料，至少 应让其延伸到三个临近的包件，以便让堆垛内部产生连接拉力，特别是在甲板的两 翼，更应如此。 如果在同一航次中，既有较重的件材( 如重板、方木、沉木等) ，又有相对较轻的 件材，则应设法将重件材和轻件材分隔开来堆放，当不得不将这两种件材上下堆装 时，不要将重件材放在轻件材之上，以免在海上造成堆垛的松动和较轻件材的散捆。 同理，如果有必要将原木和件材都配置在甲板上，则最好分隔开来堆放，如做不到这 一点，也应争取将件材配置在原木之上。 在堆放木材甲板货物时需注意，两舷最外档的木材应堆放整齐，任何一层都不 要突出到系固系固点之外去，以免影响横向绑扎的垂直拉力。甲板上的木材堆放高 度也有限制，除了需要满足船舶的稳性要求( g m 0 ，适宜g m 值取0 , 4 m 0 8 m ) p b ，按 规则要求，甲板上木材堆放的最大高度不得超过船舶型宽的1 3 ，同时不得妨碍 第2 章术材船装载能力的确定 驾驶台的正常了望。当在甲板上堆装多层木材时，最上面的一层应向内缩进o 5 m o 8 m ( 约半个件宽) 堆放，以利绑扎后货堆的稳固。 2 4 2 系索及系固器材的选用 用于木材甲板货物绑扎的系固及系固器材主要有钢丝绳、链索、卸扣、开口 滑车、紧索夹、松紧螺旋扣等。对系索及系固器材的强度规则有一定的要求： 所有用于木材甲板货物系固的系索及系固器材，它们的破断强度应不小于1 3 3 k n ；在 受到8 0 的破断拉力作用后，其伸长不超过5 ；在受到不小于4 0 破断拉力负荷 试验后，系索索及系固器材不应出现永久性的变形。根据要求，系固木材甲板货物 所选用的绑扎钢丝及链索的直径不得小于1 9 m m ，卸扣、开口滑车、紧索夹等，应选 用安全负荷为5 吨以上的。另外规则提出：应为每道绑索安装收紧装置，这些收 紧装置应在水平方向上提供不少于2 7 k n 的拉力，在垂直方向上提供不少于1 6 k n 的 拉力。生产实践中，这种收紧装置多采用松紧螺旋扣，在选用松紧螺旋扣时，除了要考 虑上述有关拉力的要求外，还需注意松紧螺旋扣两端的钩、眼环、卸扣等连接构件 的强度，满足上述的破断强度不小于1 3 3 k n 的要求。 值得一提的是，对于经常运送木材甲板货物的船，可以考虑选用一种用适当材 料( 通常铸铁) 专门设计制成的有一定圆弧的角件，放在最上一层外档木材的边缘角 上，以便能让钢丝绳绑索顺滑地穿过和承受其拉压力。使用这样圆角件可使得绑扎 相对容易些，也避免了在收紧钢丝绳时对木材( 特别是对包装件材) 的损坏。在甲板上 堆装木材，如堆装高度较高( 超过4 m ) ，则必须在甲板两舷安装起限制与支撑作用的 立柱。立柱应由钢质或其它具有足够强度的材料制成。应考虑甲板所装木材的总 体宽度，立柱之间的纵向间隔不得超过3 m 。对于一些非专用木材运输船来说，立柱 需要经过特别安装。立柱应采用角钢，金属底插座或其它有效的方法固定在两舷甲 板上，如果需要可选用金属肋板进一步固定于加强材，如舷樯、舱v i 围等处。 基于i m o 规则的木村船安全装运之研究 第3 章木材船的稳性 据统计每年木材进入世界贸易大约有4 0 0 0 万吨，其中大部分是通过海上运输 来完成的。为了充分利用船舶装载能力，通常在甲板上加载部分货物，从而导致 g m 降低，致使稳性不足。掘资料统计，有5 2 的沉船事故是由于稳性值过小，其复 原力矩在恶劣海况下，无法抵御外界风浪而倾覆。这就要求我们要认真研究木材 船的稳性问题，所以船舶运输木材时即要考虑到满足船舶最大装载能力又要满足 船舶稳性要求。 3 1 木材船应配备的稳性资料 木材船应配备完整的计及木材甲板货的稳性资料，这种资料能使船长迅速简 便地从中获得不同营运条件下船舶稳性的确切指导，包括船舶装载不同积载因数 的木材并及甲板木材渗水、结冰和液舱自由液面等影响后船舶离港、到港时稳性 状况，完整的横摇周期与稳性的关系图表等1 1 l 】。 根据规则要求船舶应配备如下的稳性资料： 1 ) 典型装载情况下的稳性报告 表格或曲线形式的资料，船长用它能评定船舶的稳性，并确定非标准的各种 装载情况下稳性是否足够。此资料应包括，特别是以吃水为函数的一张表格或一 条曲线，它指出稳心高度符合对客船和货船的稳性衡准所需要的初稳心高度g m ( 或 任何其他稳性参数) 。 2 ) 船上装设防摇装置时，正确应用防摇装置的资料。 3 ) 此外，最好备有能使船长通过附录中复制的 的附 件中说明的摇摆试验，确定初稳心高度的资料。 4 ) 关于根据自由液面对初稳心高度做出校正的说明。 5 ) 载运木材甲板货的船舶，当甲板货的渗透率与2 5 有较大差异时，是主管机 关有权要求船长备齐与其有关的资料，列出甲板货所示装载状的变化。 6 ) 对载运木材甲板货的船舶，应根据营运中可能遇到的最轻积载率，列出标 准甲板货最大允许量的条件。 第3 章木材船的稳性 3 2 稳性衡准 3 ，2 1 1 m o 对普通货船稳性的要求 我国法定规则规定，对于国际航行的船舶除双体船、拖轮、起重船和挖 泥船外，可以全部引用i m o 第十八届大会于1 9 9 3 年1 1 月2 日通过的d 讧o 关于 适合各种类型船舶的完整稳性规则( a 7 4 9 ( 1 8 ) 决议) 中关于完整稳性的基本 衡准和特殊衡准的要求，来等效代替法定规则中对稳性的相应规定，但对液 货船尚需满足法定规则中的特殊要求【1 l 】。 ( i m o 稳性规则对各种船舶的完整稳性提出了七项基本衡准要求，在核算 装载状况下经过自由液面修正后，要求同时满足： 1 ) 初稳性高度g m 应不小于0 1 5 m ： 2 ) 静稳性力臂g z 曲线下的面积： (